(讲义)第2章 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册(人教版2019)

第1节　实验：探究小车速度随时间变化的规律 实验目标 1．通过实验探究物体运动的速度随时间变化的规律，提升实验设计、处理信息、做出解释等科学探究方面的能力。 2．描绘物体运动的v-t图像，并通过对拟合成的图线观察、思考，找出物体速度变化的规律。 3．经历探究小车速度随时间变化的规律，体会研究直线运动的一般思路。 类型一　实验原理与操作 【典例1】　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中： (1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材。 A．电磁打点计时器　B．天平　C．低压交变电源　D．低压直流电源　E．细绳和纸带　F．槽码和小车　G．秒表　H．一端有滑轮的长铝板　I．刻度尺 选出的器材有AEFH，还需要________。 (2)某同学按照以下步骤进行操作： A．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带 B．将电磁打点计时器固定在长铝板上没有滑轮的一端，接上电源 C．把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器 D．断开电源，取下纸带 E．把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器 以上步骤有错误的是________(填步骤前的字母)，应更正为________；步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母)。 [解析]　(1)在本实验中，不需要测量小车和槽码的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交变电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，因此不需要秒表，测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是：C、I。 (2)以上步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再放开小车。 根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知，操作步骤顺序为：BECDA。 [答案]　(1)C、I　(2)C　先启动电磁打点计时器，再放开小车　BECDA 类型二　数据处理与分析 【典例2】　(2022·山东潍坊高一检测)某学习小组利用图甲装置研究小车运动的规律。 (1)实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交变电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有四个点未画出)。x1＝4.09 cm，x2＝4.91 cm，x3＝5.69 cm，x4＝6.47 cm，x5＝7.28 cm，x6＝8.14 cm。根据测量数据，分别计算了打点计时器在打B、C、D、E、F点时小车的速度，请将你计算所得的打C点时的速度填入表格。 位置 B C D E F v/(m·s-1) 0.45 ____ 0.61 0.69 0.77 (2)根据(1)中表格数据，以打A点时为计时起点，在坐标纸中画出小车运动的v-t图像。 (3)根据图像得出打A点时小车的速度为____________________m/s。 (4)根据图像求得小车运动的加速度a＝____________________m/s2 (结果保留一位有效数字)。 [解析]　(1)每相邻两个计数点之间有四个点未画出，故相邻计数点之间的时间间隔T＝0.1 s，由vC＝得vC＝ m/s＝0.53 m/s。 (2)描点作图如图所示。 (3)由图可得vA＝0.37 m/s。 (4)由v-t图线斜率可得a＝0.8 m/s2。 [答案]　(1)0.53　(2)见解析图　(3)0.37　(4)0.8 　图像法处理数据时的两点注意 (1)作图时，画一条直线，要让尽可能多的点分布在直线上，不在线上的点均匀分布在直线两侧，离线较远的点删去，注意不可用折线连接。 (2)利用v-t图像求加速度时，应选用直线上相距较远的两个点来求直线的斜率，即加速度。不能采用量出直线的倾斜角，然后求出其正切值的方法来计算加速度，因为该倾斜角还与坐标轴的标度有关。 类型三　创新实验设计 【典例3】　如图甲所示是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图。 1．实验创新思路：测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。 2．实验步骤 (1)测速仪发出的超声波信号，图乙中P1、P2是测速仪发出的超声波信号。 (2)由汽车反射回来的信号，n1、n2分别是P1、P2反射回来的信号。 (3)测出P1、P2之间的时间间隔Δt＝1.0 s，已知超声波在空气中传播的速度是v＝340 m/s，若汽车是匀速行驶的。 3．数据分析：根据图乙可知，汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是________m，汽车的速度是________m/s。 [解析]　题图乙中每小格代表的时间间隔t0＝＝ s，从发出超声波信号P1到接收到反射信号n1的时间为t1＝12× s＝0.4 s，信号P1到达汽车时汽车离测速仪的距离为x1＝vt1＝×340×0.4 m